SPI

概述

功能简介

SPI指串行外设接口（Serial Peripheral Interface），是一种高速的，全双工，同步的通信总线。SPI是由Motorola公司开发，用于在主设备和从设备之间进行通信。

SPI接口定义了操作SPI设备的通用方法集合，包括：

• SPI设备句柄获取和释放。
• SPI读写：从SPI设备读取或写入指定长度数据。
• SPI自定义传输：通过消息传输结构体执行任意读写组合过程。
• SPI设备配置：获取和设置SPI设备属性。

运作机制

在HDF框架中，SPI的接口适配模式采用独立服务模式，在这种模式下，每一个设备对象会独立发布一个设备服务来处理外部访问，设备管理器收到API的访问请求之后，通过提取该请求的参数，达到调用实际设备对象的相应内部方法的目的。独立服务模式可以直接借助HDFDeviceManager的服务管理能力，但需要为每个设备单独配置设备节点，若设备过多可能增加内存占用。

SPI以主从方式工作，通常有一个主设备和一个或者多个从设备。主设备和从设备之间一般用4根线相连，它们分别是：

• SCLK：时钟信号，由主设备产生；
• MOSI：主设备数据输出，从设备数据输入；
• MISO：主设备数据输入，从设备数据输出；
• CS：片选，从设备使能信号，由主设备控制。

一个主设备和两个从设备的连接示意图如下所示，Device A和Device B共享主设备的SCLK、MISO和MOSI三根引脚，Device A的片选CS0连接主设备的CS0，Device B的片选CS1连接主设备的CS1。

图1 SPI主从设备连接示意图

• SPI通信通常由主设备发起，通过以下步骤完成一次通信：

  1. 通过CS选中要通信的从设备，在任意时刻，一个主设备上最多只能有一个从设备被选中。
  2. 通过SCLK给选中的从设备提供时钟信号。
  3. 基于SCLK时钟信号，主设备数据通过MOSI发送给从设备，同时通过MISO接收从设备发送的数据，完成通信。

• 根据SCLK时钟信号的CPOL（Clock Polarity，时钟极性）和CPHA（Clock Phase，时钟相位）的不同组合，SPI有以下四种工作模式：

  • CPOL=0，CPHA=0 时钟信号idle状态为低电平，第一个时钟边沿采样数据。
  • CPOL=0，CPHA=1 时钟信号idle状态为低电平，第二个时钟边沿采样数据。
  • CPOL=1，CPHA=0 时钟信号idle状态为高电平，第一个时钟边沿采样数据。
  • CPOL=1，CPHA=1 时钟信号idle状态为高电平，第二个时钟边沿采样数据。

约束与限制

SPI模块当前只支持主机模式，不支持从机模式。

使用指导

场景介绍

SPI通常用于与闪存、实时时钟、传感器以及模数/数模转换器等支持SPI协议的设备进行通信。

接口说明

SPI模块提供的主要接口如表1所示，具体API详见//drivers/hdf_core/framework/include/platform/spi_if.h。

表1 SPI驱动API接口功能介绍

使用流程

使用SPI的一般流程如下图所示。

图2 SPI使用流程图

获取SPI设备句柄

在使用SPI进行通信时，首先要调用SpiOpen获取SPI设备句柄，该函数会返回指定总线号和片选号的SPI设备句柄。

DevHandle SpiOpen(const struct SpiDevInfo *info); 

表2 SpiOpen参数和返回值描述

假设系统中的SPI设备总线号为0，片选号为0，获取该SPI设备句柄的示例如下：

struct SpiDevInfo spiDevinfo;       /* SPI设备描述符 */
DevHandle spiHandle = NULL;         /* SPI设备句柄  */
spiDevinfo.busNum = 0;              /* SPI设备总线号 */
spiDevinfo.csNum = 0;               /* SPI设备片选号 */

/* 获取SPI设备句柄 */
spiHandle = SpiOpen(&spiDevinfo);
if (spiHandle == NULL) {
    HDF_LOGE("SpiOpen: failed\n");
    return;
}

获取SPI设备属性

在获取到SPI设备句柄之后，需要配置SPI设备属性。配置SPI设备属性之前，可以先获取SPI设备属性，获取SPI设备属性的函数如下所示：

int32_t SpiGetCfg(DevHandle handle, struct SpiCfg *cfg);

表3 SpiGetCfg参数和返回值描述

int32_t ret;
struct SpiCfg cfg = {0};                /* SPI配置信息*/
ret = SpiGetCfg(spiHandle, &cfg);       /* 获取SPI设备属性 */
if (ret != 0) {
    HDF_LOGE("SpiGetCfg: failed, ret %d\n", ret);
}

配置SPI设备属性

在获取到SPI设备句柄之后，需要配置SPI设备属性，配置SPI设备属性的函数如下所示：

int32_t SpiSetCfg(DevHandle handle, struct SpiCfg *cfg);

表4 SpiSetCfg参数和返回值描述

int32_t ret;
struct SpiCfg cfg = {0};                     /* SPI配置信息*/
cfg.mode = SPI_MODE_LOOP;                    /* 以回环模式进行通信 */
cfg.transferMode = PAL_SPI_POLLING_TRANSFER; /* 以轮询的方式进行通信 */
cfg.maxSpeedHz = 115200;                     /* 最大传输频率 */ 
cfg.bitsPerWord = 8;                         /* 读写位宽为8比特 */
ret = SpiSetCfg(spiHandle, &cfg);            /* 配置SPI设备属性 */
if (ret != 0) {
    HDF_LOGE("SpiSetCfg: failed, ret %d\n", ret);
}

进行SPI通信

• 向SPI设备写入指定长度的数据

  如果只向SPI设备写一次数据，则可以通过以下函数完成：

  int32_t SpiWrite(DevHandle handle, uint8_t *buf, uint32_t len);
  

  表5 SpiWrite参数和返回值描述

int32_t ret;
uint8_t wbuff[4] = {0x12, 0x34, 0x56, 0x78};
/* 向SPI设备写入指定长度的数据 */
ret = SpiWrite(spiHandle, wbuff, 4);
if (ret != 0) {
    HDF_LOGE("SpiWrite: failed, ret %d\n", ret);
}

• 从SPI设备读取指定长度的数据

  如果只读取一次数据，则可以通过以下函数完成：

  int32_t SpiRead(DevHandle handle, uint8_t *buf, uint32_t len); 
  

  表6 SpiRead参数和返回值描述

int32_t ret;
uint8_t rbuff[4] = {0};
/* 从SPI设备读取指定长度的数据 */
ret = SpiRead(spiHandle, rbuff, 4);
if (ret != 0) {
    HDF_LOGE("SpiRead: failed, ret %d\n", ret);
}

• 自定义传输

  如果需要发起一次自定义传输，则可以通过以下函数完成：

  int32_t SpiTransfer(DevHandle handle, struct SpiMsg *msgs, uint32_t count);
  

  表7 SpiTransfer参数和返回值描述

int32_t ret;
uint8_t wbuff[1] = {0x12};
uint8_t rbuff[1] = {0};
struct SpiMsg msg;        /* 自定义传输的消息 */
msg.wbuf = wbuff;         /* 写入的数据 */
msg.rbuf = rbuff;         /* 读取的数据 */
msg.len = 1;              /* 读取、写入数据的长度都是1 */
msg.csChange = 1;         /* 进行下一次传输前关闭片选 */
msg.delayUs = 0;          /* 进行下一次传输前不进行延时 */
msg.speed = 115200;       /* 本次传输的速度 */
/* 进行一次自定义传输，传输的msg个数为1 */
ret = SpiTransfer(spiHandle, &msg, 1);
if (ret != 0) {
    HDF_LOGE("SpiTransfer: failed, ret %d\n", ret);
}

销毁SPI设备句柄

SPI通信完成之后，需要销毁SPI设备句柄，销毁SPI设备句柄的函数如下所示：

void SpiClose(DevHandle handle);

该函数会释放掉申请的资源。

表8 SpiClose参数描述

SpiClose(spiHandle); /* 销毁SPI设备句柄 */

使用实例

本例拟对Hi3516DV300开发板上SPI设备进行操作。

SPI设备完整的使用示例如下所示，首先获取SPI设备句柄，然后配置SPI设备属性，接着调用读写接口进行数据传输，最后销毁SPI设备句柄。

#include "hdf_log.h"
#include "spi_if.h"

void SpiTestSample(void)
{
    int32_t ret;
    struct SpiCfg cfg;                  /* SPI配置信息 */
    struct SpiDevInfo spiDevinfo;       /* SPI设备描述符 */
    DevHandle spiHandle = NULL; /* SPI设备句柄 */
    struct SpiMsg msg;                  /* 自定义传输的消息 */
    uint8_t rbuff[4] = { 0 };
    uint8_t wbuff[4] = { 0x12, 0x34, 0x56, 0x78 };
    uint8_t wbuff2[4] = { 0xa1, 0xb2, 0xc3, 0xd4 };

    spiDevinfo.busNum = 0;              /* SPI设备总线号 */
    spiDevinfo.csNum = 0;               /* SPI设备片选号 */
    spiHandle = SpiOpen(&spiDevinfo);   /* 根据spiDevinfo获取SPI设备句柄 */
    if (spiHandle == NULL) {
        HDF_LOGE("SpiOpen: failed\n");
        return;
    }
    /* 获取SPI设备属性 */
    ret = SpiGetCfg(spiHandle, &cfg);
    if (ret != 0) {
        HDF_LOGE("SpiGetCfg: failed, ret %d\n", ret);
        goto err;
    }
    cfg.maxSpeedHz = 115200;                /* 将最大时钟频率改为115200 */
    cfg.bitsPerWord = 8;                    /* 传输位宽改为8比特 */
    /* 配置SPI设备属性 */
    ret = SpiSetCfg(spiHandle, &cfg);
    if (ret != 0) {
        HDF_LOGE("SpiSetCfg: failed, ret %d\n", ret);
        goto err;
    }
    /* 向SPI设备写入指定长度的数据 */
    ret = SpiWrite(spiHandle, wbuff, 4);
    if (ret != 0) {
        HDF_LOGE("SpiWrite: failed, ret %d\n", ret);
        goto err;
    }
    /* 从SPI设备读取指定长度的数据 */
    ret = SpiRead(spiHandle, rbuff, 4);
    if (ret != 0) {
        HDF_LOGE("SpiRead: failed, ret %d\n", ret);
        goto err;
    }
    msg.wbuf = wbuff2;  /* 写入的数据 */
    msg.rbuf = rbuff;   /* 读取的数据 */
    msg.len = 4;        /* 读取写入数据的长度为4 */
    msg.csChange = 1;   /* 进行下一次传输前关闭片选 */
    msg.delayUs = 0;    /* 进行下一次传输前不进行延时 */
    msg.speed = 115200; /* 本次传输的速度 */
    /* 进行一次自定义传输，传输的msg个数为1 */
    ret = SpiTransfer(spiHandle, &msg, 1);
    if (ret != 0) {
        HDF_LOGE("SpiTransfer: failed, ret %d\n", ret);
        goto err;
    }
err:
    /* 销毁SPI设备句柄 */
    SpiClose(spiHandle);
}